APLIKASI METODE SPECTRAL DECOMPOSITION PADA DATA GAYA BERAT STUDI KASUS : PEMODELAN ZONA SUBDUKSI BAGIAN TIMUR PULAU JAWA

  mendin

TUGAS AKHIR

• – RF-141501

  

APLIKASI METODE SPECTRAL DECOMPOSITION PADA

DATA GAYA BERAT

STUDI KASUS : PEMODELAN ZONA SUBDUKSI BAGIAN

TIMUR PULAU JAWA FARID HENDRA PRADANA NRP. 3713 100 033 Dosen Pembimbing : Wien Lestari, ST., MT NIP. 19811002 201212 2 003 Dr. Dwa Desa Warnana NIP. 19760123 200003 1 001 DEPARTEMEN TEKNIK GEOFISIKA Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

HALAMAN JUDUL

  TUGAS AKHIR

• – RF-141501

  

APLIKASI METODE SPECTRAL DECOMPOSITION PADA

DATA GAYA BERAT

STUDI KASUS : PEMODELAN ZONA SUBDUKSI BAGIAN

TIMUR PULAU JAWA

  FARID HENDRA PRADANA NRP. 3713 100 033 Dosen Pembimbing : Wien Lestari, ST., MT NIP. 19811002 201212 2 003 Dr. Dwa Desa Warnana NIP. 19760123 200003 1 001 DEPARTEMEN TEKNIK GEOFISIKA Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

  UNDERGRADUATE THESIS

• – RF-141501

  

SPECTRAL DECOMPOSITION METHOD APPLICATION ON

GRAVITY DATA CASE STUDY : EASTERN JAVA SUBDUCTION ZONE MODELLING

  FARID HENDRA PRADANA NRP. 3713 100 033 Supervisor : Wien Lestari, ST., MT NIP. 19811002 201212 2 003 Dr. Dwa Desa Warnana NIP. 19760123 200003 1 001 GEOPHYSICAL ENGINEERING DEPARTMENT Faculty of Civil Engineering and Planning Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

  

APLIKASI METODE SPECTRAL DECOMPOSITION PADA DATA

GAYA BERAT

STUDI KASUS : PEMODELAN ZONA SUBDUKSI BAGIAN TIMUR

PULAU JAWA

  

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan Untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Pada Departemen Teknik Geofisika

  Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 6 Juli 2017

  Menyetujui, Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

  Wien Lestari, ST., MT Dr. Dwa Desa Warnana NIP. 19811002 201212 2 003 NIP. 19760123 200003 1 001

  Mengetahui, Kepala Laboratorium

  Geofisika Eksplorasi Dr. Ayi Syaeful Bahri, S.SI.,MT

  NIP. 19690906 199702 1 001

HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

  Dengan ini saya menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya dengan judul “APLIKASI METODE SPECTRAL

  

DECOMPOSITION PADA DATA GAYA BERAT, STUDI KASUS

  PEMODELAN ZONA SUBDUKSI BAGIAN TIMUR PULAU JAWA ” adalah benar-benar hasil karya intelektual mandiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri.

  Semua referensi yang dikutip maupun dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka. Apabila ternyata pernyataan ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.

  Surabaya, 6 Juli 2017 Farid Hendra Pradana

  NRP. 3713 100 033

HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

  

APLIKASI METODE SPECTRAL DECOMPOSITION PADA DATA

GAYA BERAT

STUDI KASUS : PEMODELAN ZONA SUBDUKSI BAGIAN TIMUR

PULAU JAWA

  Nama : Farid Hendra Pradana NRP : 3713 100 033 Departemen : Teknik Geofisika Pembimbing : Wien Lestari, ST., MT

  Dr. Dwa Desa Warnana

  

ABSTRAK

  Pemodelan data gaya berat adalah proses pembuatan model geometri dan perhitungan persebaran nilai masa jenis bawah permukaan. Pemodelan data gaya berat biasanya menggunakan metode inversi dimana subjektivitas

  

interpreter sangat memengaruhi model yang dihasilkan meskipun telah dikontrol

  oleh data sekunder lainnya, misalnya data geologi. Spectral decomposition merupakan salah satu metode yang diharapkan dapat menjadi alternatif dalam melakukan pemodelan geometri data gaya berat dimana model geometri didekati langsung dari bentukan gelombang hasil filter tiap kandungan frekuensi yang diposisikan pada suatu kedalaman dengan parameter tertentu sehingga didapatkan model yang lebih objektif. Penelitian ini bertujuan mencari nilai parameter dan jenis filter yang sesuai untuk digunakan dalam penggunaan metode spectral decomposition data gaya berat dengan studi kasus pemodelan zona subduksi bagian Timur Pulau Jawa. Parameter-parameter tersebut antara lain adalah, hubungan antara nilai cut off frekuensi spasial dan kedalaman, nilai skala model, dan jenis filter. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hubungan cut

  1

  off panjang gelombang ( λ) dan kedalaman (d) yang sesuai adalah = , skala

  10

  model yang sesuai adalah normalisasi sebesar

  d, dan jenis filter yang sesuai adalah kombinasi antara Band-Pass dan Low-Pass Filter. Model hasil metode

  

spectral decomposition terbukti cukup baik digunakan sebagai model awal

proses inversi gaya berat.

  Kata Kunci : Gaya Berat, Filter Frekuensi, Parameter Spectral Decomposition, Pemodelan Geometri, Zona Subduksi Jawa.

HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

  

SPECTRAL DECOMPOSITION METHOD APPLICATION ON

GRAVITY DATA

CASE STUDY : EASTERN JAVA SUBDUCTION ZONE MODELLING

  Name : Farid Hendra Pradana NRP : 3713 100 033 Department : Teknik Geofisika Supervisor : Wien Lestari, ST., MT

  Dr. Dwa Desa Warnana

  

ABSTRACT

Gravity modelling is a procces that is conducted to know about the

geometry and distribution of density value in subsurface. Gravity modelling

usually done by doing inversion process where the subjectivity of intrepreter

greatly affect the result model eventhogh it could be controlled by secondary

data, such as, geological data. In this research, it had been conducted a

validation and application process of using spectral decomposition method as

an alternative method to model the gravity data with the study case of eastern

java subduction zone modelling which the geometry model was directly

approached by waveform of the filter and resulted in each frequency content

positioned at a depth of a certain parameter. These parameters were the

correlation between the cutoff value of the spatial frequency and depth, the model

scale value, and the type of filter used. From the research results, it was known

that the best correlation between wavelength (λ) and depth (d) to create a model

is d = 1/10 λ, the model scale of each corresponding depth was normalized with

interval of d, and the corresponding filter type that fit the model well was the

combination between Band-Pass and Low-Pass Filter. The resulting model of

the spectral decomposition method was very well used as the initial model of

gravity inversion process.

  

Keywords: Gravity method, Frequency Filter, Spectral Decomposition

Parameter, Geometry Modeling, Java Subduction Zone.

HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kepada Allah SWT karena atas rahmat-Nya sehingga laporan Tugas Akhir yang berjudul “APLIKASI METODE SPECTRAL

  

DECOMPOSITION PADA DATA GAYA BERAT, STUDI KASUS

  PEMODELAN ZONA SUBDUKSI BAGIAN TIMUR PULAU JAWA ” ini dapat terselesaikan dengan baik.

  Penelitian Tugas Akhir ini meliputi uji coba parameter yang sesuai digunakan pada metode Spectral Decomposition untuk data gaya berat serta pemodelan bentukan geometri bawah permukaan zona subduksi bagian Timur Pulau Jawa. Pelaksanaan dan penyusunan Laporan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, bantuan, dan dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

   Ibu, Bapak, dan semua keluarga atas dukungan yang sangat besar selama penulis menjalani Tugas Akhir ini.

   Ibu Wien Lestari, ST., MT, Bapak Dr. Dwa Desa Warnana, dan Bapak Firman Syaifuddin Akbar, S.Si, MT. selaku pembimbing di perguruan tinggi yang telah meluangkan banyak waktu untuk memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis.  Seluruh jajaran Dosen, staf, dan karyawan Departemen Teknik Geofisika

  ITS yang telah banyak memberikan ilmu selama penulis melakukan studi di Departemen Teknik Geofisika ITS.  Teman-teman mahasiswa Teknik Geofisika ITS khususnya TG2.  Semua pihak yang tidak dapat dituliskan satu per satu oleh penulis, terima kasih banyak atas doa dan dukungannya.

  Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini. Untuk itu, saran dan kritik sangat penulis harapkan untuk memperbaiki penulisan. Akhir kata penulis berharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca serta dapat memberikan kontribusi nyata di bidang Geofisika.

  Surabaya, 6 Juli 2017 Penulis

HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

  

DAFTAR ISI

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

   BIODATA PENULIS…………………………………………………………63

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Peta Seismotektonik Indonesia. ................................................... 1Gambar 2.1 Prinsip Dasar Hukum Gravitasi Newton ...................................... 5Gambar 2.2 Pemodelan ke Depan .................................................................... 6Gambar 2.3 Proses Transformasi Fourier ....................................................... 8Gambar 2.4 Proses Analisa Spektrm ............................................................ 10Gambar 2.5 Ilustrasi Filter Frekuensi ............................................................ 11Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian. ............................................................ 13Gambar 3.2 Kerangka Konsep Penelitian Tahap Validasi (A). ..................... 14Gambar 3.3 Kerangka Konsep Penelitian Tahap Pemodelan Subduksi (B). . 15Gambar 3.4 Lokasi Penelitian ........................................................................ 16Gambar 4.1 Persebaran Gempa Bumi pada Daerah Penelitian ...................... 19Gambar 4.2 Lokasi Irisan Garis Membujur Gempa Bumi. ............................ 20Gambar 4.3 Penampang Membujur Lokasi Gempa Bumi. ............................ 21Gambar 4.4 Anomali Gaya Berat WGM 2012 Bouger (Kiri) dan Udara Bebas

  

Gambar 4.5 Penampang Membujur Nilai Anomali Bouger dan Udara Bebas

  

Gambar 4.6 Penampang Membujur Nilai Anomali Bouger dan Udara Bebas

  

Gambar 4.7 Penampang Membujur Nilai Anomali Bouger dan Udara Bebas

  

Gambar 4.8 Model Densitas Subduksi I. ....................................................... 26Gambar 4.9 Model Densitas Subduksi II ....................................................... 26Gambar 4.10 Hasil Konversi Model Gambar (Raster RGB) menjadi Model

  

Gambar 4.11 Model I Hasil Pepanjangan. ....................................................... 28Gambar 4.12 Hasil Forward Modelling Mesh Grid Model Densitas Subduksi I

  

Gambar 4.13 Respon Anomali Gaya Berat dalam Domain Bilangan Gelombang

  

Gambar 4.14 Hasil Pengondisian/Perpanjangan Profil Gaya Berat. ................. 32Gambar 4.15 Persebaran Nilai Cut Off yang Tersebar Merata secara Logaritmik pada Kandungan Frekuensi Model I (Titik Merah). (Kandungan

  

Gambar 4.16 Hasil Filter low-pass Model I sesuai Nomor Cut Off. ................. 34 Gambar 4.17 Kumpulan Hasil Filter Low-pass Model I sesuai Nomor Cut Off.

  

Gambar 4.20 Perbandingan Skala dan Peletakkan Kedalaman Profil Gaya BeratGambar 4.29 Perbandingan Model II (a) dengan Hasil Spectral DecompositionGambar 4.34 Hasil Filter low-pass Garis A2-B2 Sesuai Nomor Cut Off. ....... 48

  

Gambar 4.33 Hasil Filter Low-Pass Garis A-B (a) dan A2-B2 (b) sesuai Nomor

  

Gambar 4.32 Nilai Cut Off pada Kandungan Frekuensi Garis A-B (a) dan A2-

  

Gambar 4.31 Garis Membujur pada Anomali Gaya Berat yang akan Dilakukan

  

Gambar 4.30 Perbandingan Respon Gaya Berat Model II (Garis Biru) dengan

  

  

  

Gambar 4.28 Perbandingan Respon Gaya Berat Model I (Garis Biru) dengan

  

Gambar 4.27 Perbandingan Model I (a) dengan Hasil Spectral Decomposition

  

Gambar 4.26 Hasil Spectral Decomposition Respon Gaya Berat Model I (a) dan

  

Gambar 4.25 Proses Dijitasi dan Pemberian Nilai Densitas Model I (a) dan II (b)Gambar 4.24 Profil Gaya Berat Terpilih Model I (a) dan II (b). ..................... 40Gambar 4.23 Peletakkan Kedalaman Profil Gaya Berat Terfilter (High Pass) model II. ..................................................................................... 39Gambar 4.22 Peletakkan Kedalaman Profil Gaya Berat Terfilter (Low Pass) model II. ..................................................................................... 39Gambar 4.21 Peletakkan Kedalaman Profil Gaya Berat Terfilter (High Pass) model I. ...................................................................................... 38Gambar 4.35 Model Subduksi. ........................................................................ 48

1.1 Latar Belakang

  Zona subduksi adalah tempat pertemuan atau tumbukan antar lempeng tektonik Bumi, yaitu lempeng samudra dan lempeng benua. Lempeng samudra bergerak menunjam ke bawah lempeng benua akibat massa jenisnya yang lebih tinggi. Pulau Jawa merupakan wilayah Indonesia yang secara seismotektonik paling terpengaruh oleh kondisi ini. Akibat tunjaman tersebut, banyak terbentuk struktur-struktur geologi regional aktif di wilayah daratan maupun lautan Pulau Jawa yang menyebabkan terjadinya gempa bumi (Soehaimi,A, 2008). Susunan lokasi-lokasi gempa bumi sangat berkorelasi dengan bentukan struktur sumbernya sehingga dapat digunakan sebagai gambaran bentuk struktur subduksi.

Gambar 1.1 Peta Seismotektonik Indonesia (Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, 2003).

  Salah satu metode geofisika yang dapat digunakan untuk memodelkan fitur tektonik dalam, seperti subduksi, adalah metode gaya berat. Hasil pengukuran gaya berat, khususnya melalui satelit, dari pesisir Selatan sampai pantai Utara Pulau Jawa memerlihatkan adanya nilai anomali Bouguer positif yang besar di sepanjang pantai Selatan Jawa yang dapat ditafsirkan sebagai struktur sejenis sembul yang menunjukkan suatu kenaikan terus menerus. Proses sembul tersebut berkorelasi dengan adanya subduksi di Samudera Hindia. Berdasarkan penelitian sebelumnya tentang pemodelan zona subduksi pulau jawa melalui data gaya berat diketahui beberapa informasi, yaitu sudut inklinasi penunjaman lempeng samudera di bagian timur Pulau Jawa dan tengah berkisar antara 3.4 - 8.2 , kedalaman rata-rata batuan dasar tersier di Pulau Jawa adalah 2.7 km, dan kedalaman rata-rata batas Mohorovicic di Pulau Jawa adalah 25.6 km (Indriana, 2008). Beberapa penelitian lain untuk memodelkan zona subduksi menggunakan data gaya berat juga telah dilakukan melalui proses inversi baik

  2D maupun 3D (Setiawan M.R., 2015). Namun, perlu diketahui bahwa bentukan model yang dihasilkan melalui proses inversi memiliki ambiguitas dan subjektivitas yang tinggi meskipun telah dikontrol oleh data sekunder lainnya. Suatu anomali gaya berat dapat menghasilkan lebih dari 10.000 variasi model (Biswas, A, 2015). Spectral Decomposition adalah proses penyusunan model yang diturunkan langsung dari kandungan frekuensi tertentu yang merepresentasikan kedalaman tertentu. Penggunaan metode filter frekuensi

  

spectral decomposition untuk menyusun suatu model geometri bawah

  permukaan secara langsung diharapkan dapat meminimalkan faktor subjektivitas dalam pembuatan model bawah permukaan dari data gaya berat. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan proses validasi metode spectral decomposition pada data gaya berat serta aplikasinya dalam memodelkan zona subduksi bagian Timur Pulau Jawa.

  1.2 Perumusan Masalah

  Dari latar belakang yang sudah ada di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

  1. Bagaimana cara mendapatkan nilai parameter yang sesuai untuk aplikasi metode spectral decomposition pada data gaya berat ?

  2. Bagaimana cara mengaplikasikan metode spectral decomposition dalam studi kasus pemodelan bentuk subduksi di bagian Timur Pulau Jawa melalui data gaya berat satelit ?

  1.3 Batasan Masalah

  Dari rumusan masalah yang sudah didapatkan, maka batasan masalah pada penelitian ini adalah :

  1. Validasi hasil dari penggunaan parameter spectral decomposition terhadap bentukan model dilakukan secara kualitatif maupun kuantitatif menggunakan metode korelasi silang.

  2. Data anomali gaya berat didapatkan dari model anomali gaya berat hasil pengukuran satelit altimetri TOPEX dan model anomali gaya berat WGM2012.

  1.4 Tujuan Penelitian

  Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mendapatkan nilai parameter yang sesuai untuk aplikasi metode spectral decomposition pada data gaya berat.

  2. Mendapatkan model geometri subduksi di bagian Timur Pulau Jawa menggunakan metode spectral decomposition pada data gaya berat satelit.

  1.5 Manfaat Penelitian

  Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi baru mengenai studi spectral decomposition terhadap data gaya berat serta sistem subduksi yang ada di Pulau Jawa. Selain itu diharapkan dapat memberikan referensi bagi peneliti lain dari berbagai aspek ilmu khususnya geofisika dan seismotektonik.

HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

2.1 Prinsip Dasar Metode Gravitasi

  Metode gravitasi merupakan suatu metode yang berdasarkan pada hukum Newton tentang gaya tarik menarik antar partikel. Hukum Newton tersebut menyatakan bahwa gaya tarik menarik antara dua partikel dengan massa m dengan m

  1 yang terpisah sejauh r dari pusat massanya sebanding dengan

  perkalian massa m dengan m dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya

  1 (gambar 2.1). Gaya tersebut dijabarkan pada persamaan 2.1.

Gambar 2.1 Prinsip Dasar Hukum Gravitasi Newton (A’la M.R.,2016).

  ⃗⃗⃗⃗⃗) ( ⃗− 0

  ...( 2.1) ⃗ ( ⃗)= − x

  ⃗⃗⃗⃗⃗|2 ⃗⃗⃗⃗⃗| | ⃗− 0 | ⃗− 0

  Dengan dan

  ⃗ ( ⃗) adalah gaya yang bekerja pada m oleh karena adanya m memiliki arah yang berawanan dengan arah menuju m dan ⃗ − ⃗⃗⃗⃗ yaitu dari m

  −11

  G adalah konstanta umum gravitasi yang bernilai 6.67 × 10 Nm2/kg.

  Dalam metode gravitasi, nilai yang terukur adalah suatu medan gravitasi. Medan gravitasi dari partikel m adalah besarnya gaya per satuan massa pada suatu titik sejauh yang dijabarkan pada persamaan 2.2.

  ⃗ − ⃗⃗⃗⃗ dari m

  ⃗ ( ⃗) ⃗⃗⃗⃗⃗) 0( 0) ( ⃗− 0

  ...( 2.2) ⃗⃗ = = − x

  ⃗⃗⃗⃗⃗|2 ⃗⃗⃗⃗⃗| | ⃗− 0 | ⃗− 0

  2.2 Pengukuran Gaya Berat Melalui Satelit

  Salah satu metode geofisika yang paling terkenal adalah metode gaya berat / gravitasi. Metode ini digunakan untuk mencari nilai beda percepatan gravitasi pada suatu daerah. Akuisisi data gravitasi biasanya dilakukan dengan tiga cara, yaitu land surface, marine, dan airborne survey. Seiring dengan perkembangan teknologi nilai gaya berat juga dapat diukur melalui satelit. Pengukuran melalui satelit dapat bersifat pasif dan aktif. Pengukuran pasif meliputi metode tracking lintasan/orbit satelit relatif terhadap permukaan bumi (ground) ataupun terhadap satelit lain sedangkan pengukuran aktif memanfaatkan peralatan altimeter yang terdapat pada satelit (electromagnetic or

  laser pulse ).

  Adanya variasi hasil pengukuran metode aktif maupun pasif dapat dikorelasikan dengan adanya anomali gravitasi atau suatu fitur geologi tertentu yang ada di Bumi. Setiap tipe pengukuran memiliki kelebihan dan kekurangan tersendiri. Pengukuran pasif memiliki jangkauan pengukuran yang luas (land

  

surface maupun sea surface) namun memiliki resolusi data yang kurang

  dibandingkan pengukuran aktif sedangkan pengukuran aktif memiliki resolusi yang lebih baik dibanding pengukuran pasif namun hanya dapat mengukur nilai gravitasi di sea surface. (Hinze dkk,2013).

  2.3 Pemodelan ke Depan (Forward Modelling)

  Salah satu metode dalam proses pemodelan geofisika adalah pemodelan kedepan atau forward modelling. Pemodelan kedepan dibuat berdasarkan pengetahuan geologi dan geofisika, dimana nilai anomali geofisika dihitung dari suatu model yang telah diketahui atau ditentukan sifat fisisnya (Blakely dkk, 1996).

Gambar 2.2 Pemodelan ke Depan (Sumber : Grandis, H. dkk. ,2008 ).

  Pada pemodelan kedepan metode gravitasi, model sintetik yang di buat merupakan model prisma rectangular dengan geometri dan nilai rapat massa yang dapat ditentukan sembarang sesuai dengan kebutuhan. Dari model-model

  yang dibuat, kemudian dihitung respon gravitasinya pada bidang pengukuran yang telah ditentukan besar luasannya.Pada umumnya model prisma rectangular merupakan salah satu cara pendekatan yang sederhana dari sebuah volume massa. Jika masing-masing sel atau prisma cukup kecil, maka dapat diasumsikan sel-sel tersebut mempunyai densitas yang konstan. Kemudian dengan menggunakan prinsip superposisi, maka anomali gravitasi bodi tersebut dapat didekati dengan menjumlahkan pengaruh semua prisma. Medan gravitasi yang diperoleh tersebut secara matematis dapat diuraikan seperti berikut ini (Blakely dkk, 1996): Potensial gravitasi U di titik P

  ...( 2.3) ( ) = ∫

  Percepatan gravitasi g ( ) =

  ̂

  ....( 2.4) = − ∫

  2

  dimana r merupakan jarak antara titik P dengan elemen bodi dv, G merupakan konstanta Gravitasi, dan ρ merupakan densitas bodi yang telah ditentukan nilainya. Dengan demikian, percepatan gravitasi vertikal g untuk single prism dapat dicari dengan menurunkan potensial gravitasi terhadap bidang vertikal z, maka:

  ( , ) =

  ( − ′) ′ ′ ′ ′

  ...( 2.5) , )

  ( , ) = − ∫ ∫ (

  ′ ′

  3

  dimana

  

′

2 ′

  2

  ...( 2.6) ) + ( − )

  = √( − Persamaan 2.6 tersebut berdasarkan perhitungan Blakely (1995) dapat diuraikan sebagai berikut:

  2 2 ′ ′ ′

  ...( 2.7) ( , ) = ∫ ∫

  3

  1

  1

  2 ( 2+ 2)

  dimana g(x,z) merupakan percepatan gravitasi di permukaan bumi, dan G

• 1 3 -2

  merupakan konstanta Gravitasi bumi sebesar 6,67 x 10-11 kg m s . Persamaan 2.7 menunjukkan bahwa percepatan gravitasi g di permukaan bumi bervariasi berdasarkan distribusi massa di bawah permukaan yang ditunjukkan oleh fungsi densitas

2.4 Transformasi Fourier

  Proses penentuan anomali regional-residual pada umumnya dilakukan dalam domain frekuensi, mengingat benda-benda anomali residual berasosiasi dengan frekuensi tinggi sedangkan anomali regional berasosiasi dengan frekuensi rendah. Untuk itu data gravitasi yang merupakan data dalam domain spasial harus terlebih dahulu ditransformasi menjadi domain frekuensi. Transformasi Fourier berdasarkan Encyclopedic Dictionary of Applied Geophysic (Sheriff, 2001) merupakan formula yang digunakan untuk mengkonversi data dalam domain waktu atau spasial menjadi domain frekuensi atau bilangan gelombang.

Gambar 2.3 Proses Transformasi Fourier (Sumber : Reynolds, J.M., 2011).

  Transformasi Fourier yang diturunkan Blakely (1996) untuk kasus 2D atau terdiri dari dua variabel dapat dirumuskan secara sederhana seperti persamaan berikut ini:

  ∞ ∞ − ( , ) ...( 2.8) ( , ) = ∫ ∫ ( , )

  −∞ −∞

  dimana (kx,ky) merupakan bilangan gelombang (frekuensi) yang berasosiasi dengan koordinat (x,y), berturut- turut kx=2π/λx dan ky=2π/λy. Dikarenakan data anomali gravitasi yang dalam hal ini f(x,y) diketahui pada diskrit point dan juga keterbatasan komputer, maka digunakan transformasi Fourier Diskrit atau Discrete Fourier Transform yang dapat dituliskan dengan rumus:

  2 ( ) + =−1 =−1 ...( 2.9) ∑

  ( , ) = ∑ ( , ) =0 =0 dimana, (m,n) = bilangan bulat (integer) yang menyatakan grid point dalam domain spasial (k,l) = bilangan bulat (integer) yang menyatakan grid point dalam domain frekuensi (M,N) = bilangan bulat (integer) yang menyatakan jumlah kolom dan baris data.

  Perlu diingat bahwa data pada awalnya ditampilan dalam kontur anomali merupakan data dalam domain spasial atau waktu, dan proses filtering dilakukan dalam domain frekuensi, dan untuk menampilkan data tesebut kembali perlu dilakukan inverse fourier transform yakni mengembalikan data dalam domain frekuensi menjadi data dalam domain spasial. Proses inversi transformasi Fourier dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini:

  1 ∞ ∞ ( , ) ...( 2.10) ( , ) = ∫ ∫ ( , )

  2 −∞ −∞

4 Sedangkan transformasi inverse dalam kasus diskrit, dapat dijabarkan dalam

  persamaan :

  1

  1 2 ( ) + =−1 =−1

  ...( 2.11) ( , ) = ∑ ∑ ( , ) =0 =0

2.5 Analisis Spektrum

  Data anomali Bouguer yang diperoleh merupakan hasil superposisi dari komponen anomali dari berbagai kedalaman. Kedalaman anomali menjadi suatu persoalan yang sangat penting pada tahap interpretasi lebih lanjut untuk mengetahui posisi dan jangkauan kedalaman data yang dimiliki. Analisis spektrum merupakan suatu metode yang dapat digunakan untuk membantu mengetahui estimasi kedalaman anomali pada sebaran frekuensi dari data anomali Bouguer.

  Proses analisis spektrum biasanya dilakukan dalam satu dimensi, dimana anomali Bouguer yang terdistribusi pada penampang cross section 1D diekspansi dengan deret Fourier. Proses Transformasi Fourier dilakukan dengan tujuan mengubah data dari domain waktu atau spasial menjadi domain frekuensi atau bilangan gelombang. Dengan menganalisis bilangan gelombang (k) dan amplitudo (A), kita dapat memperkirakan besar kedalaman estimasi anomali regional dan residual serta dapat menentukan lebar jendela filter dari perhitungan frekuensi cutoff dari analisis spektrum.

Gambar 2.4 Proses Analisa Spektrm (Sari, I.P.,2012).

2.6 Filter Frekuensi

  Proses filter dapat dilakukan dengan mentranformasi data spasial ke data frekuensi dengan menggunakan Transformasi Fourier, membuang komponen- komponen frekuensi tertentu dan melakukan transformasi invers kembali kedalam data spasial (Telford dkk, 1976) untuk kemudian ditampilkan dalam bentuk kontur anomali. Pada prinsipya metode filter frekuensi atau panjang gelombang merupakan filter yang digunakan dalam proses pemisahan anomali regional-residual berdasarkan kelompok frekuensi atau panjang gelombang tertentu. Jenis-jenis filter frekuensi / panjang gelombang diantaranya adalah sebagai berikut:

   Lowpass filter merupakan filter frekuensi yang membuang frekuensi atau bilangan gelombang tinggi dan menampilkan anomali dengan frekuensi atau bilangan gelombang rendah yang berasosiasi dengan anomali regional. Dalam kasus 1D: H(u) = 0, jika u > u1 H(u) = 1, jika u < u1

  Dalam kasus 2D: H(u,v) = 0, jika (u+v)

  1/2

  > w1 H(u,v) = 1, jika (u+v)

  1/2

  < w1  Highpass filter merupakan filter frekuensi yang membuang frekuensi atau bilangan gelombang rendah dan menampilkan anomali dengan frekuensi atau bilangan gelombang tinggi yang berasosiasi dengan anomali residual. Dalam kasus 1D: H(u) = 0, jika u < u1

  H(u) = 1, jika u > u1 Dalam kasus 2D: H(u,v) = 0, jika (u+v)

  1/2

  < w1 H(u,v) = 1, jika (u+v)

  1/2

  > w1  Bandpass filter merupakan filter frekuensi yang digunakan untuk membuang frekuensi-frekuensi atau bilangan gelombang pada range tertentu sesuai dengan kebutuhan saat pengolahan data. Dalam kasus 1D: H(u) = 0, jika u < u1 atau u > u2 H(u) = 1, jika u2 < u < u1

  1/2 1/2

  Dalam kasus 2D: H(u,v) = 0, jika (u+v) < w1 atau (u+v) > w2

  1/2

  H(u,v) = 1, jika w2 < (u+v) < w1 Gambar 2.5 Ilustrasi Filter Frekuensi (Sari, I.P.,2012).

2.7 Hubungan Gempa Bumi dan Struktur Tektonik

  Seismotektonik merupakan ilmu pegetahuan yang mempelajari tentang hubungan antara tektonik dengan kejadian gempa bumi (Soehaimi, A.,2008). Berdasarkan kondisi hubungan antara tektonik dan kegempaannya, Pulau Jawa dapat dibagi menjadi dua lajur seismotektonik, yakni lajur seismotektonik tunjaman selatan Jawa dan lajur seismotektonik sesar sesar aktif daratan Jawa. Karakteristik lajur seismotektonik tunjaman selatan Jawa merupakan bagian dari Lempeng tektonik Samudra Hindia

• – Australia yang menunjam di bawah bagian Lempeng tektonik Benua Asia – Eropa. Susunan lokasi gempa bumi sangat berkorelasi dengan bentukan struktur sumbernya sehingga dapat digunakan sebagai gambaran bentuk subduksi. Berdasarkan penampakan morfologi kedalaman kegempaannya, lajur tunjaman selatan Jawa ini dapat dibagi atas enam lajur, yakni Lajur Selat Sunda, Lajur Jawa Barat Bagian Barat, Lajur Jawa Barat Bagian Timur - Jawa Tengah Bagian Barat, Lajur Jawa Tengah Bagian Timur-Jawa Timur Bagian Barat, Lajur Jawa Timur Bagian Timur - Madura, dan Lajur Bali. Batas antara lajur satu dengan lajur lainnya diperlihatkan oleh perbedaan sudut kemiringan tunjamannya dari satu tempat ke tempat lainnya dan disebut sebagai rumpang gempa bumi mendatar. Dari wilayah Jawa bagian barat hingga Jawa bagian timur sudut tunjaman tersebut makin tegak.

  Kegempaan regional wilayah Jawa dapat dibagi atas dua kelompok kegempaan, yakni kegempaan lajur tunjaman selatan Jawa dan kegempaan lajur sesar aktif Jawa. Gempa bumi lajur tunjaman Jawa dijumpai berkedalaman dangkal hingga dalam (0

• – 400 km). Gempa bumi di lajur tunjaman ini umumnya tercatat berkekuatan >4 SR. Gempa bumi berkekuatan besar di wilayah Jawa ini dapat mencapai 8,5 SR, terutama di Jawa bagian barat, sedangkan yang berkekuatan 5 – 6 SR sering terjadi di wilayah Jawa bagian selatan. Gempa bumi lajur tunjaman ini umumnya memperlihatkan mekanisme gempa bumi sesar naik, gempa bumi bermekanisme sesar normal dapat juga terjadi pada lajur ini, terutama pada kedalaman >300 km di sebelah utara Jawa. Gempa bumi dengan mekanisme normal tersebut disebabkan oleh proses peregangan (extension) pada lajur di bawah rumpang gempa bumi (seismic gap).

BAB III

3.1 Diagram Alir Penelitian

  Secara garis besar, kegiatan dalam penelitian tugas akhir digambarkan oleh diagram di bawah ini :

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian.

  TAHAP AKHIR

  1. Analisis

  2. Pembuatan Laporan SPECTRAL DECOMPOSITION DATA GAYA BERAT SATELIT

  VALIDASI METODE SPECTRAL DECOMPOSITION PADA DATA GAYA BERAT TAHAP PERSIAPAN

  1. Identifikasi Permasalahan

  2. Studi Literatur

  3. Pengumpulan Data

  3.2 Kerangka Konsep Penelitian Gambar 3.2 Kerangka Konsep Penelitian Tahap Validasi (A).

3.2.1 Tahap Validasi

  Tahap ini bertujuan untuk menentukan parameter-parameter yang sesuai untuk digunakan pada metode spectral decomposition dengan cara mengujinya pada dua buah model sintetis. Ada beberapa proses yang harus dilalui untuk melakukan pengujian metode spectral decomposition terhadap data gaya berat. Pertama-tama dilakukan pembuatan model densitas subduksi. Langkah berikutnya adalah melakukan forward modelling terhadap model subduksi tersebut sehingga didapatkan respon anomali gaya berat. Setelah itu, dilakukan proses spectral decomposition pada respon anomali gaya berat hasil

  

forward modelling . Untuk mendapatkan bentukan model, maka dilakukan

  langkah penyusunan model, dan tahap terakhir adalah melakukan korelasi antara model hasil spectral decomposition dengan model densitas awal.

Gambar 3.3 Kerangka Konsep Penelitian Tahap Pemodelan Subduksi (B).

3.2.2 Tahap Pemodelan Subduksi

  Tahap ini bertujuan untuk memodelkan subduksi dari data gaya berat asli menggunakan metode spectral decomposition. Ada beberapa proses yang harus dilalui untuk mendapat model subduksi tersebut Pertama-tama dilakukan dilakukan proses spectral decomposition pada respon anomali gaya berat asli berdasar parameter yang didapat pada tahap validasi. Untuk mendapatkan bentukan model, maka dilakukan langkah penyusunan model dengan bantuan titik kontrol berupa data gempa.

3.3 Lokasi Penelitian

  Lokasi objek penelitian tugas akhir adalah Pulau Jawa dan sekitarnya dengan bentang koordinat 112 -114 E dan 6 -12 S. Lokasi objek penelitian dapat dilihat pada gambar 3.4.

  Lokasi Penelitian

Gambar 3.4 Lokasi Penelitian (Sumber : GMT from publicly released SRTM data).

3.4 Peralatan dan Data

   Peralatan Peralatan yang digunakan untuk mendukung berjalannya kegiatan penelitian tugas akhir ini diantaranya :

  a) Perangkat Keras (Hardware) o

  1 buah Laptop

  b) Perangkat Lunak (Software) o

  Microsoft Office 2010 o Microsoft Excel 2010 o MATLAB o SURFER 11

   Data Data yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah data Sekunder berupa : o

  Data anomali gaya berat Data gaya berat yang digunakan pada penelitian ini berasal dari WGM2012 (World Gravity Model 2012) keluaran dari BGI

  (Bureau Gravimetrique International) yang berada di bawah organisasi

  IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics). WGM 2012 adalah model anomali gaya berat seluruh dunia yang merupakan kombinasi antara pengukuran darat, laut, dan satelit. Resolusi data yang bisa dimanfaatkan adalah 2’ x 2’ (3.7 km x 3.7 km). Pada penelitian ini digunakan dua macam anomali gaya berat, yaitu Bouger dan udara bebas (free air). o

  Data gempa

  Data gempa bumi didapatkan dari website IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology). IRIS adalah organisasi non- profit konsorsium dari 120 Universitas di Amerika yang bertugas untuk melakukan akuisisi, manajemen, dan distribusi dari data seismologi. Pusat manajemen data IRIS telah tersertifikasi oleh ICSU World Data System sehingga terjamin kualitasnya. Data gempa bumi yang digunakan rentang tahun 1980 hingga 2017 dengan total sebanyak 2730 data. o

  Model densitas subduksi Model densitas subduksi didapatkan dari penelitian-penelitian sebelumnya yang membahas tentang pemodelan subduksi Pulau Jawa.

  Model subduksi I (pertama) diambil dari Geophysical Journal

  

International (2011) volume 184 dengan judul “Structural architecture

of oceanic plateau subduction offshore Eastern Java and the potential

implications for geohazard”. Dalam penelitian ini model subduksi

  diperoleh dari hasil tomografi metode seismik berupa waktu tempuh dan model kecepatan yang kemudian diubah menjadi nilai densitas melalui persamaan Gardner.

  Model densitas II (kedua) didapatkan dari disertasi dengan judul “Tomographic investigation of the crust of central java,

  

Indonesia”. Dalam disertasi ini, model subduksi juga didapat dari

  metode tomografi seismik. Terdapat dua buah model subduksi tomografi seismik dan satu buah model subduksi konseptual.

HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

4.1 Analisis Data

  Data yang digunakan pada penelitian ini antara lain, data gempa bumi, data gaya berat (anomali Bouger dan anomali udara bebas), dan model densitas dari subduksi.

4.1.1 Data Gempa Bumi

Gambar 4.1 Persebaran Gempa Bumi pada Daerah Penelitian (Sumber : Website IRIS http://ds.iris.edu/wilber3/find_event ).

  Pada gambar 4.1 dapat dilihat bahwa hiposenter gempa bumi pada daerah penelitian memiliki kecenderungan semakin dalam ke arah Utara. Hal ini dapat mengindikasikan bahwa sebagian besar gempa yang terjadi disebabkan oleh struktur tunjaman (subduksi) dimana lempeng benua yang menunjam Pulau Jawa akan semakin dalam ke arah Utara. Hal ini dibuktikan lagi dengan melihat tiga buah penampang gempa sesuai gambar 4.2 dan 4.3.

  B D F C E A Gambar 4.2 Lokasi Irisan Garis Membujur Gempa Bumi.

  B C D A (a) (b) E F (c)

Gambar 4.3 Penampang Membujur Lokasi Gempa Bumi. Lintasan A-B (a), C-D (b), dan E-F (c).

  Dari gambar 4.2 dan 4.3 dapat dilihat trend penunjaman berdasarkan lokasi gempa bumi dengan rentang kedalaman hingga 600 km. Data gempa bumi ini kemudian akan dipakai sebagi kontrol dalam pembuatan model subduksi dari data gaya berat WGM2012 menggunakan metode spectraldecomposition dengan cara menumpangtindihkannya.

4.1.2 Data Gaya Berat

  Nilai anomali gaya berat pada daerah penelitian dapat dilihat pada

• – gambar 4.4. Peta anomali udara bebas (free air) memiliki rentang nilai -200 200 mgal. Nampak adanya beberapa kenampakan berturut-turut dari Selatan ke Utara, yaitu anomali tinggi akibat densitas kerak samudra, anomali sangat rendah yang menandakan palung, anomali tinggi yang menandakan rise atau sembulan akibat tabrakan lempeng, anomali sangat tinggi yang menandakan kumpulan gunung api di Pulau Jawa, anomali rendah yang menandakan depresi zona kendeng, dan anomali tinggi lagi.

  Peta anomali bouger memilik rentang nilai 100

• – 400 mgal. Pada peta ini juga terlihat trend kenampakan yang tidak jauh berbeda dengan peta anomali udara bebas. Namun, kenampakan palung dan sembulan pada bagian selatan tidak begitu terlihat dengan jelas. dilakukan sayatan pada tiga buah penampang seperti gambar 4.5 hingga 4.7 untuk memperjelas nilai anomali bouger. Kedua

jenis data gaya berat ini akan digunakan untuk melakukan pemodelan subduksi menggunakan metode spectral decomposition.

  B F B D F D A C E A C E

Gambar 4.4 Anomali Gaya Berat WGM 2012 Bouger (Kiri) dan Udara Bebas

  (Kanan)

  

Anomali Bouger Penampang A-B

600

  ) al 500

  (mg 400 r e g

  300 u Bo

  200 i

  100 mal o n A

  200 400 600 800 jarak (km)

  

Anomali Free Air Penampang A-B

150

  ) al 100 mg

  50 ( ir A e

  200 400 600 800 re

• 50

  F i

• 100

  mal o

• 150

  n A

• 200

  jarak (km)

Gambar 4.5 Penampang Membujur Nilai Anomali Bouger dan Udara Bebas

  Garis A-B

  

Anomali Bouger Penampang C-D

500

  ) al 400

  (mg r 300 e g u

  200 Bo i

  100 mal o n A

  200 400 600 800 jarak (km)

  

Anomali Free Air Penampang C-D

400

  ) al 300 mg

  200 r ( ai e

  100 e fr i mal

  200 400 600 800 o

• 100

  n A

• 200

  jarak (km)

Gambar 4.6 Penampang Membujur Nilai Anomali Bouger dan Udara Bebas

  Garis C-D

  

Anomali Bouger Penampang E-F

600

  ) al 500

  (mg 400 r e g

  300 u Bo

  200 i

  100 mal o n A

  200 400 600 800 jarak (km)

  

Anomali Free Air Penampang E-F

400

  ) al 300 mg (

  200 ir A e

  100 re F i

mal 200 400 600 800

o

• 100

  n A

• 200

  jarak (km)

Gambar 4.7 Penampang Membujur Nilai Anomali Bouger dan Udara Bebas

  Garis E-F

4.1.3 Model Densitas Subduksi

  Model subduksi I dapat dilihat pada gambar 4.8 dan model subduksi II dapat dilihat pada gambar 4.9. Kedua model subduksi (I dan II) kemudian akan digunakan sebagai data penguji dalam proses validasi metode spectral

  

decomposition pada data gaya berat dengan cara melakukan proses forward

modelling terlebih dahulu pada setiap model tersebut.

Gambar 4.8 Model Densitas Subduksi I (A. Shulgin dkk, 2011).Gambar 4.9 Model Densitas Subduksi II (Wagner, D., 2007).

4.2 Tahap Validasi

  Tahap ini bertujuan untuk menentukan parameter-parameter yang sesuai digunakan pada metode spectral decomposition dengan cara mengujinya pada dua buah model sintetis.

4.2.1 Pembuatan Model Densitas Subduksi (2D)

  Pembuatan model densitas dari suatu gambar (data raster) dengan nilai RGB dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu merubah nilai RGB sesuai dengan nilai densitas atau melakukan dijitasi terhadap gambar tersebut untuk memeroleh polygon dengan nilai densitas tertentu. Model densitas subduksi yang pada awalnya berupa gambar diubah menjadi kumpulan kisi segi empat yang bertautan (mesh grid) dengan nilai x (lokasi horisontal), y (lokasi vertikal/kedalaman), dan z (nilai densitas). Hasil konversi model gambar menjadi model mesh grid dapat dilihat pada gambar 4.10.

  (a) (b)